Avec leurs propriétés supérieures, les qubits topologiques pourraient aider à réaliser une percée dans le développement d’un ordinateur quantique conçu pour des applications universelles. Jusqu’à présent, personne n’a encore réussi à démontrer sans ambiguïté un bit quantique, ou qubit en abrégé, de ce type dans un laboratoire. Cependant, les scientifiques du Forschungszentrum Jülich ont maintenant fait du chemin pour en faire une réalité. Pour la première fois, ils ont réussi à intégrer un isolant topologique dans un qubit supraconducteur conventionnel. Juste à temps pour la « Journée mondiale du quantique » le 14 avril, leur nouveau qubit hybride a fait la couverture du dernier numéro de la revue Nano-lettres.
Les ordinateurs quantiques sont considérés comme les ordinateurs du futur. En utilisant des effets quantiques, ils promettent de fournir des solutions à des problèmes très complexes qui ne peuvent être traités par des ordinateurs conventionnels dans un délai réaliste. Cependant, l’utilisation généralisée de ces ordinateurs est encore loin. Les ordinateurs quantiques actuels ne contiennent généralement qu’un petit nombre de qubits. Le principal problème est qu’ils sont très sujets aux erreurs. Plus le système est grand, plus il est difficile de l’isoler complètement de son environnement.
De nombreux espoirs reposent donc sur un nouveau type de bit quantique : le qubit topologique. Cette approche est poursuivie par plusieurs groupes de recherche ainsi que des entreprises telles que Microsoft. Ce type de qubit présente la particularité d’être topologiquement protégé ; la structure géométrique particulière des supraconducteurs ainsi que les propriétés particulières de leurs matériaux électroniques garantissent la conservation de l’information quantique. Les qubits topologiques sont donc considérés comme particulièrement robustes et largement insensibles aux sources externes de décohérence. Ils semblent également permettre des temps de commutation rapides comparables à ceux obtenus par les qubits supraconducteurs conventionnels utilisés par Google et IBM dans les processeurs quantiques actuels.
Cependant, il n’est pas encore clair si nous réussirons un jour à produire réellement des qubits topologiques. En effet, il manque encore une base matérielle appropriée pour générer expérimentalement sans aucun doute les quasi-particules spéciales nécessaires à cela. Ces quasi-particules sont également connues sous le nom d’états de Majorana. Jusqu’à présent, ils ne pouvaient être démontrés sans ambiguïté qu’en théorie, mais pas expérimentalement. Les qubits hybrides, tels qu’ils ont été construits pour la première fois par le groupe de recherche dirigé par le Dr Peter Schüffelgen à l’Institut Peter Grünberg (PGI-9) du Forschungszentrum Jülich, ouvrent désormais de nouvelles possibilités dans ce domaine. Ils contiennent déjà des matériaux topologiques aux points cruciaux. Par conséquent, ce nouveau type de qubit hybride offre aux chercheurs une nouvelle plate-forme expérimentale pour tester le comportement des matériaux topologiques dans des circuits quantiques hautement sensibles.
Tobias W. Schmitt et al, Intégration des jonctions Josephson d’isolant topologique dans les circuits supraconducteurs Qubit, Nano-lettres (2022). DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c04055